第081篇｜聚氨酯
第081篇｜聚氨酯
Polyurethane (PU)
⸻
一句話定義
聚氨酯（Polyurethane, PU）是一類由異氰酸酯（Isocyanate）與多元醇（Polyol）反應形成氨基甲酸酯鍵（Urethane Bond）的高分子材料，具有優異的接著性、柔韌性、耐磨性、耐化學性與可設計性，是現代接著劑產業最重要的樹脂系統之一。
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為什麼重要
如果要選出接著劑世界裡最全能的材料。
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聚氨酯幾乎一定在名單之中。
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它可以很軟。
⸻
也可以很硬。
⸻
可以做成膠水。
⸻
也可以做成彈性體。
⸻
可以做泡棉。
⸻
也可以做塗料。
⸻
甚至可以做人工皮革。
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從鞋材。
⸻
汽車。
⸻
電子材料。
⸻
建築材料。
⸻
軟包裝。
⸻
航太工業。
⸻
幾乎都能看到PU的身影。
⸻
這也是聚氨酯被稱為：
高分子工程萬能積木。
的重要原因。
⸻
基本原理
聚氨酯主要由兩類原料組成：
Isocyanate
異氰酸酯。
⸻
Polyol
多元醇。
⸻
兩者反應後形成：
Urethane Bond
氨基甲酸酯鍵。
⸻
基本反應如下：
R{-}NCO+R’{-}OHrightarrow R{-}NHCOO{-}R’
⸻
此反應為PU化學的核心基礎。
⸻
聚氨酯名稱由來
Polyurethane。
⸻
字面意思即為：
許多Urethane鍵所組成的高分子。
⸻
因此。
⸻
聚氨酯本質上並非單一材料。
⸻
而是一大類材料家族。
⸻
聚氨酯的結構特色
PU最大的特色。
⸻
來自：
軟段
與
硬段
共存。
⸻
Soft Segment
軟鏈段。
⸻
主要來自：
Polyol。
⸻
提供：
• 柔軟性
• 延伸率
• 耐低溫性
⸻
Hard Segment
硬鏈段。
⸻
主要來自：
Isocyanate
與
Chain Extender。
⸻
提供：
• 強度
• 耐熱性
• 耐磨性
⸻
因此PU可透過配方設計。
⸻
在柔軟與強韌之間自由調整。
⸻
PU的形成機制
聚氨酯形成過程可簡化為：
異氰酸酯
• ●
多元醇
↓
預聚物形成
↓
鏈延伸
↓
交聯形成
↓
最終結構建立
⸻
因此PU屬於：
反應型高分子系統。
⸻
聚氨酯的主要分類
依反應方式分類
One Component PU
單液型PU
⸻
Two Component PU
雙液型PU
⸻
依加工方式分類
Solvent-Based PU
溶劑型PU
⸻
Waterborne PU
水性PU
⸻
Solvent-Free PU
無溶劑PU
⸻
依結構分類
TPU
熱塑性聚氨酯
⸻
Thermoset PU
熱固型PU
⸻
PUD
聚氨酯分散體
⸻
PU的主要原料系統
常見異氰酸酯
原料 特性
MDI 高強度
TDI 高反應性
HDI 耐黃變
IPDI 耐候性佳
⸻
常見多元醇
原料 特性
Polyester Polyol 高強度
Polyether Polyol 耐水解佳
Polycarbonate Polyol 高耐久性
⸻
聚氨酯的主要特性
高接著力
可接著：
• 金屬
• 塑膠
• 木材
• 紡織品
• 複合材料
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高柔韌性
具有優異延伸率。
⸻
高耐磨性
廣泛應用於工業領域。
⸻
可設計性高
可自由調整性能。
⸻
高機械強度
適合結構接著。
⸻
重要數據或表格
PU典型性能範圍
性能 範圍
延伸率 50–1000%
Shore Hardness A20–D80
固含量 20–100%
Tg -80°C ~ +80°C
固化時間 分鐘至數天
⸻
PU主要優勢
性能 表現
接著力 ★★★★★
柔韌性 ★★★★★
耐磨性 ★★★★★
耐衝擊性 ★★★★★
配方自由度 ★★★★★
成本效益 ★★★★☆
⸻
PU與其他樹脂比較
樹脂 柔韌性 強度 接著力
PU ★★★★★ ★★★★★ ★★★★★
Acrylic ★★★★☆ ★★★☆☆ ★★★★☆
Epoxy ★★☆☆☆ ★★★★★ ★★★★★
Silicone ★★★★★ ★★☆☆☆ ★★★☆☆
⸻
聚氨酯與黏彈性
PU具有明顯：
Viscoelasticity。
⸻
因此兼具：
• 初黏力
• 持黏力
• 耐衝擊性
⸻
這也是PU成為高性能接著劑的重要原因。
⸻
聚氨酯與軟包裝
軟包裝貼合產業中。
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PU幾乎是主流接著技術。
⸻
主要原因包括：
• 高接著力
• 高柔韌性
• 良好耐熱性
• 良好耐內容物性
⸻
尤其無溶劑PU。
⸻
已成為主流趨勢。
⸻
聚氨酯與電子材料
PU可提供：
• 應力吸收
• 緩衝保護
• 防水密封
⸻
因此廣泛應用於：
電子封裝。
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電池模組。
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車用電子。
⸻
聚氨酯與永續發展
近年PU技術發展方向包括：
• Bio-Based Polyol
• Recyclable PU
• Dynamic PU
• Self-Healing PU
• Low Carbon PU
⸻
因此PU仍持續進化中。
⸻
與接著工程的關係
聚氨酯直接影響：
Adhesion
接著力。
⸻
Cohesion
內聚力。
⸻
Flexibility
柔韌性。
⸻
Durability
耐久性。
⸻
Impact Resistance
耐衝擊性。
⸻
Reliability
可靠度。
⸻
因此PU是接著工程最重要的樹脂系統之一。
⸻
常見應用
軟包裝接著劑
Flexible Packaging Adhesive。
⸻
鞋材接著劑
Footwear Adhesive。
⸻
木工膠
Wood Adhesive。
⸻
電子封裝材料
Electronic Encapsulation Materials。
⸻
車用接著劑
Automotive Adhesive。
⸻
建築密封膠
Construction Sealant。
⸻
相關名詞
• Isocyanate（異氰酸酯）
• Polyol（多元醇）
• Urethane Bond（氨基甲酸酯鍵）
• Urea Bond（尿素鍵）
• NCO Value（NCO值）
• R Value（R值）
• TPU（熱塑性聚氨酯）
• PUD（聚氨酯分散體）
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FAQ
Q1：PU一定需要硬化劑嗎？
不一定。
單液型PU可利用濕氣反應固化。
雙液型PU則需加入硬化劑。
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Q2：PU與TPU一樣嗎？
不同。
TPU只是PU家族中的一種類型。
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Q3：為什麼PU接著力這麼好？
因為PU同時具備極性結構、柔韌性與良好潤濕能力。
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APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，聚氨酯是目前接著劑產業中兼具性能、加工性與設計自由度最完整的高分子系統之一。
從溶劑型、水性到無溶劑系統，從鞋材、汽車到電子材料，PU皆能透過異氰酸酯、多元醇與交聯設計實現客製化性能。
未來隨著動態共價鍵、自修復技術、生質材料與可回收技術發展，聚氨酯仍將是高性能接著工程的重要核心平台。
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延伸閱讀
• Isocyanate（異氰酸酯）
• Polyol（多元醇）
• NCO Value（NCO值）
• OH Value（OH值）
• R Value（R值）
• Urethane Bond（氨基甲酸酯鍵）
• TPU（熱塑性聚氨酯）
• PUD（聚氨酯分散體）
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參考文獻
1. Oertel, G. Polyurethane Handbook.
2. Randall, D. & Lee, S. The Polyurethanes Book.
3. Woods, G. The ICI Polyurethanes Book.
4. Hepburn, C. Polyurethane Elastomers.
5. Progress in Polymer Science.
6. Polymer.
7. Journal of Applied Polymer Science.
8. Reactive and Functional Polymers.
Polyurethane (PU)
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一句話定義
聚氨酯（Polyurethane, PU）是一類由異氰酸酯（Isocyanate）與多元醇（Polyol）反應形成氨基甲酸酯鍵（Urethane Bond）的高分子材料，具有優異的接著性、柔韌性、耐磨性、耐化學性與可設計性，是現代接著劑產業最重要的樹脂系統之一。
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為什麼重要
如果要選出接著劑世界裡最全能的材料。
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聚氨酯幾乎一定在名單之中。
⸻
它可以很軟。
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也可以很硬。
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可以做成膠水。
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也可以做成彈性體。
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可以做泡棉。
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也可以做塗料。
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甚至可以做人工皮革。
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從鞋材。
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汽車。
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電子材料。
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建築材料。
⸻
軟包裝。
⸻
航太工業。
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幾乎都能看到PU的身影。
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這也是聚氨酯被稱為：
高分子工程萬能積木。
的重要原因。
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基本原理
聚氨酯主要由兩類原料組成：
Isocyanate
異氰酸酯。
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Polyol
多元醇。
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兩者反應後形成：
Urethane Bond
氨基甲酸酯鍵。
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基本反應如下：
R{-}NCO+R’{-}OHrightarrow R{-}NHCOO{-}R’
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此反應為PU化學的核心基礎。
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聚氨酯名稱由來
Polyurethane。
⸻
字面意思即為：
許多Urethane鍵所組成的高分子。
⸻
因此。
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聚氨酯本質上並非單一材料。
⸻
而是一大類材料家族。
⸻
聚氨酯的結構特色
PU最大的特色。
⸻
來自：
軟段
與
硬段
共存。
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Soft Segment
軟鏈段。
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主要來自：
Polyol。
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提供：
• 柔軟性
• 延伸率
• 耐低溫性
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Hard Segment
硬鏈段。
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主要來自：
Isocyanate
與
Chain Extender。
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提供：
• 強度
• 耐熱性
• 耐磨性
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因此PU可透過配方設計。
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在柔軟與強韌之間自由調整。
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PU的形成機制
聚氨酯形成過程可簡化為：
異氰酸酯
• ●
多元醇
↓
預聚物形成
↓
鏈延伸
↓
交聯形成
↓
最終結構建立
⸻
因此PU屬於：
反應型高分子系統。
⸻
聚氨酯的主要分類
依反應方式分類
One Component PU
單液型PU
⸻
Two Component PU
雙液型PU
⸻
依加工方式分類
Solvent-Based PU
溶劑型PU
⸻
Waterborne PU
水性PU
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Solvent-Free PU
無溶劑PU
⸻
依結構分類
TPU
熱塑性聚氨酯
⸻
Thermoset PU
熱固型PU
⸻
PUD
聚氨酯分散體
⸻
PU的主要原料系統
常見異氰酸酯
原料 特性
MDI 高強度
TDI 高反應性
HDI 耐黃變
IPDI 耐候性佳
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常見多元醇
原料 特性
Polyester Polyol 高強度
Polyether Polyol 耐水解佳
Polycarbonate Polyol 高耐久性
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聚氨酯的主要特性
高接著力
可接著：
• 金屬
• 塑膠
• 木材
• 紡織品
• 複合材料
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高柔韌性
具有優異延伸率。
⸻
高耐磨性
廣泛應用於工業領域。
⸻
可設計性高
可自由調整性能。
⸻
高機械強度
適合結構接著。
⸻
重要數據或表格
PU典型性能範圍
性能 範圍
延伸率 50–1000%
Shore Hardness A20–D80
固含量 20–100%
Tg -80°C ~ +80°C
固化時間 分鐘至數天
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PU主要優勢
性能 表現
接著力 ★★★★★
柔韌性 ★★★★★
耐磨性 ★★★★★
耐衝擊性 ★★★★★
配方自由度 ★★★★★
成本效益 ★★★★☆
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PU與其他樹脂比較
樹脂 柔韌性 強度 接著力
PU ★★★★★ ★★★★★ ★★★★★
Acrylic ★★★★☆ ★★★☆☆ ★★★★☆
Epoxy ★★☆☆☆ ★★★★★ ★★★★★
Silicone ★★★★★ ★★☆☆☆ ★★★☆☆
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聚氨酯與黏彈性
PU具有明顯：
Viscoelasticity。
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因此兼具：
• 初黏力
• 持黏力
• 耐衝擊性
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這也是PU成為高性能接著劑的重要原因。
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聚氨酯與軟包裝
軟包裝貼合產業中。
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PU幾乎是主流接著技術。
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主要原因包括：
• 高接著力
• 高柔韌性
• 良好耐熱性
• 良好耐內容物性
⸻
尤其無溶劑PU。
⸻
已成為主流趨勢。
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聚氨酯與電子材料
PU可提供：
• 應力吸收
• 緩衝保護
• 防水密封
⸻
因此廣泛應用於：
電子封裝。
⸻
電池模組。
⸻
車用電子。
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聚氨酯與永續發展
近年PU技術發展方向包括：
• Bio-Based Polyol
• Recyclable PU
• Dynamic PU
• Self-Healing PU
• Low Carbon PU
⸻
因此PU仍持續進化中。
⸻
與接著工程的關係
聚氨酯直接影響：
Adhesion
接著力。
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Cohesion
內聚力。
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Flexibility
柔韌性。
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Durability
耐久性。
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Impact Resistance
耐衝擊性。
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Reliability
可靠度。
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因此PU是接著工程最重要的樹脂系統之一。
⸻
常見應用
軟包裝接著劑
Flexible Packaging Adhesive。
⸻
鞋材接著劑
Footwear Adhesive。
⸻
木工膠
Wood Adhesive。
⸻
電子封裝材料
Electronic Encapsulation Materials。
⸻
車用接著劑
Automotive Adhesive。
⸻
建築密封膠
Construction Sealant。
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相關名詞
• Isocyanate（異氰酸酯）
• Polyol（多元醇）
• Urethane Bond（氨基甲酸酯鍵）
• Urea Bond（尿素鍵）
• NCO Value（NCO值）
• R Value（R值）
• TPU（熱塑性聚氨酯）
• PUD（聚氨酯分散體）
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FAQ
Q1：PU一定需要硬化劑嗎？
不一定。
單液型PU可利用濕氣反應固化。
雙液型PU則需加入硬化劑。
⸻
Q2：PU與TPU一樣嗎？
不同。
TPU只是PU家族中的一種類型。
⸻
Q3：為什麼PU接著力這麼好？
因為PU同時具備極性結構、柔韌性與良好潤濕能力。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，聚氨酯是目前接著劑產業中兼具性能、加工性與設計自由度最完整的高分子系統之一。
從溶劑型、水性到無溶劑系統，從鞋材、汽車到電子材料，PU皆能透過異氰酸酯、多元醇與交聯設計實現客製化性能。
未來隨著動態共價鍵、自修復技術、生質材料與可回收技術發展，聚氨酯仍將是高性能接著工程的重要核心平台。
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延伸閱讀
• Isocyanate（異氰酸酯）
• Polyol（多元醇）
• NCO Value（NCO值）
• OH Value（OH值）
• R Value（R值）
• Urethane Bond（氨基甲酸酯鍵）
• TPU（熱塑性聚氨酯）
• PUD（聚氨酯分散體）
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參考文獻
1. Oertel, G. Polyurethane Handbook.
2. Randall, D. & Lee, S. The Polyurethanes Book.
3. Woods, G. The ICI Polyurethanes Book.
4. Hepburn, C. Polyurethane Elastomers.
5. Progress in Polymer Science.
6. Polymer.
7. Journal of Applied Polymer Science.
8. Reactive and Functional Polymers.
